JP5686026B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
「1.低変調率での制御」
電流センサ16によって検出された相電流iu,iv,iwは、dq変換部22において、回転座標系の実電流id,iqに変換される。また、角度センサ14によって検出される電気角θは、速度算出部23の入力となり、これにより、回転速度(電気角速度ω)が算出される。一方、指令電流設定部24は、要求トルクTrを入力とし、dq座標系での指令電流idr,iqrを出力する。これら指令電流idr,iqr、実電流id,iq、及び電気角θは、モデル予測制御部30の入力となる。モデル予測制御部30では、これら入力パラメータに基づき、インバータIVの操作状態を規定する電圧ベクトルViを決定し、操作部26に入力する。操作部26では、入力された電圧ベクトルViに基づき、上記操作信号を生成してインバータIVに出力する。
vd=(R+pLd)id −ωLqiq …(c1)
vq=ωLdid +(R+pLq)iq +ωφ …(c2)
pid
=−(R/Ld)id +ω(Lq/Ld)iq +vd/Ld …(c3)
piq
=−ω(Ld/Lq)id−(Rd/Lq)iq+vq/Lq−ωφ/Lq…(c4)
ちなみに、上記の式(c1)、(c2)において、抵抗R、微分演算子p、d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq及び電機子鎖交磁束定数φを用いた。
「2.過変調領域での制御」
ところで、上記の式(c1)、(c2)に、指令電流idr,iqr(固定値)を入力することで、指令電圧ベクトル(vdr、vqr)のノルムが一義的に定まる。このノルムは、モータジェネレータ10の電気角θが「360°」回転することで、図4(a)に示す2次元固定座標系において「360°」回転する。ここで、インバータIVによって実現可能な出力電圧は、図4(a)に示すように、1辺の長さが「√(2/3)×VDC」の6角形内の領域に制限される。このため、指令電圧ベクトル(vdr、vqr)の終点が描く曲線(円)としての上限は、図4(a)に示した半径「VDC/√2」の円(6角形の内接円)となる。この状態は、インバータIVの出力線間電圧の基本波成分が入力電圧と一致していることを意味し、このときの変調率を「2/√3」と定義する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
Φq=Lq・iq …(c6)
T=P(Φd・iq−Φq・id) …(c7)
ちなみに、上記の式(c7)においては、極対数Pを用いている。
<第8の実施形態>
以下、第8の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
上記第1の実施形態(図1)において、平均予測電流ideL,iqeLをローパスフィルタ処理したものと瞬時の予測電流ide,iqeとの加重平均処理を行なうものであってもよい。また、第1の実施形態において、瞬時の予測電流ideと指令電流idrとの差と、平均予測電流ideLと指令電流idrとの差との加重平均処理値を評価関数Jに入力しても、上記第1の実施形態と数学的に等価である。
上記4の実施形態(図12)において、指令電流idr,iqrと実電流id,iqとの単純移動平均値と平均実電流idL,iqLとの差に基づき高周波成分の大きさが規定値以下であるか否かを判断するものに限らず、指令電流idr,iqrと実電流id,iqとのそれぞれに互いに相違する重み係数を乗算したもの同士の和に基づくものであってもよい。
たとえば回転機の起動処理時および停止処理時を除いて変調率1以上で回転機を駆動するものであるなら、禁止手段を備えなくてもよい。
規定値Δthを、変調率Mを直接の入力パラメータとして可変設定するものに限らない。変調率Mが電気角速度ωや電流に応じて定まるものであることに鑑みれば、電気角速度ωや、電流、トルクを直接の入力パラメータとしてこれらに応じて可変設定してもよい。
上記第8の実施形態(図18)において、高調波電流補正量idh,iqhを指令電流idr,iqrに加算する処理を開始するに際し、乗算部82,92のゲインを漸増させてもよい。
平均電圧ベクトルVaの算出手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、モデル予測制御によって操作状態として都度決定された電圧ベクトルのdq軸成分をローパスフィルタ処理する手段としてもよい。また例えば、モデル予測制御によって操作状態として都度決定された電圧ベクトルのdq軸成分の電気角60度分の平均値を算出する手段であってもよい。
上記第7の実施形態(図17)において、磁束ベクトルΦのd軸成分とq軸成分とのそれぞれに互いに相違する重み係数を乗算する等、これらの絶対値の大きさの相違を補償する手段を備えてもよい。また、第1〜6,8の実施形態においても、d軸電流とq軸電流との絶対値の大きさの相違を補償する手段を備えてもよい。
・上記各実施形態では、インバータIVの操作状態についての次の更新タイミング(1制御周期先のタイミング)におけるインバータIVの操作による制御量を予測したがこれに限らない。例えば数制御周期先の更新タイミングにおけるインバータIVの操作による制御量まで順次予測することで、1制御周期先の更新タイミングにおける操作状態を決定してもよい。この場合であっても、予測区間が6次の高調波の周期よりも短いなら、評価関数Jの入力パラメータとしての予測された制御量の高調波成分を減衰させることは有効である。
・指令値と予測値とに基づきインバータIVの操作を決定するために用いる制御量としては、トルクおよび磁束と、電流とのいずれかに限らない。例えば、トルクのみまたは磁束のみであってもよい。また例えば、トルクおよび電流であってもよい。ここで、制御量を電流以外とする場合等において、センサによる直接の検出対象を電流以外としてもよい。
・回転機としては、埋め込み磁石同期機に限らず、表面磁石同期機や、界磁巻線型同期機等、任意の同期機であってよい。更に、同期機にも限らず、誘導モータ等、誘導回転機であってもよい。
Claims (9)
- 回転機の端子を直流電圧源の正極および負極のそれぞれに選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作対象とし、前記直流交流変換回路のスイッチング素子をオン・オフ操作することで前記回転機を流れる電流、前記回転機の磁束および前記回転機のトルクの少なくとも1つである制御量を制御する回転機の制御装置において、
前記スイッチング素子のオン・オフによって定まる固定座標系の電圧ベクトルで表現される前記直流交流変換回路の操作状態を仮設定した場合の前記回転機の制御量を予測する予測手段と、
前記予測される制御量とその指令値との差を入力パラメータとして前記操作状態を評価する評価手段と、
該評価手段の評価結果に基づき前記直流交流変換回路の操作状態を決定する決定手段と、
前記決定手段によって決定された操作状態に前記直流交流変換回路を操作する操作手段と、
前記評価手段の入力パラメータとしての前記予測される制御量とその指令値との差に含まれる高調波成分を低減する低減手段とを備え、
前記低減手段は、前記直流交流変換回路の出力線間電圧の基本波成分の変動量が前記直流電圧源の電圧以上である旨の第1条件と、前記制御量に含まれる高調波成分の大きさが規定値以下である旨の第2条件との論理積が真である場合に前記高調波成分を低減し、前記第1条件と前記第2条件との論理積が真でない場合に前記高調波成分の低減処理を禁止するものであることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記規定値は、変調率に応じて可変設定されることを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記低減手段は、
前記制御量および該制御量を予測するための初期値に利用される物理量の検出値のいずれかを入力とするローパスフィルタを備え、該ローパスフィルタの出力値を利用することで前記評価手段の入力パラメータに含まれる高調波成分を低減するものであって且つ、
前記ローパスフィルタの出力値に基づき前記制御量に含まれる高調波成分の大きさが規定値以下であるか否かを判断する判断手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。 - 前記判断手段は、前記ローパスフィルタの入力値と出力値との差に基づき前記規定値以下であるか否かの判断を行うことを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。
- 前記ローパスフィルタは、前記制御量が入力されるものであり、
前記判断手段は、前記ローパスフィルタによってフィルタ処理された前記制御量とその指令値との差に基づき前記規定値以下であるか否かの判断を行うことを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。 - 前記ローパスフィルタは、前記制御量が入力されるものであり、
前記判断手段は、前記制御量の指令値および前記ローパスフィルタの入力値の加重平均値と、前記ローパスフィルタによってフィルタ処理された前記制御量との一対の値の差に基づき、前記規定値以下であるか否かの判断を行うことを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。 - 前記低減手段は、
前記予測される制御量とその指令値との差についての高調波成分の除去された値と除去されていない値との加重平均処理値を前記評価手段の入力パラメータとするものであって且つ、
前記高調波成分の低減処理の開始に際しては、前記評価手段の入力パラメータに含まれる前記除去された値の割合を徐々に増加させる漸増手段をさらに備えることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記低減手段は、
前記予測された制御量および該制御量を予測するための初期値に利用される物理量の検出値の少なくとも一方を入力とするハイパスフィルタを備え、該ハイパスフィルタの出力値を利用することで前記評価手段の入力パラメータに含まれる高調波成分を低減するものであって且つ、
前記ハイパスフィルタの出力値に基づき前記制御量に含まれる高調波成分の大きさが規定値以下であるか否かを判断する判断手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。 - 前記低減手段は、前記規定値を、前記直流交流変換回路の出力線間電圧の基本波振幅が前記直流電圧源の電圧の「1/2」を上回る度合い、前記回転機のトルク、および回転速度の少なくとも1つに応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
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